Esempio di diagnosi energetica oraria di un edificio vetrato ad uso uffici

Edilclima ha supportato un proprio cliente, lo Studio Sergio Colombo & C. S.a.s., nella diagnosi energetica di una palazzina ad uso uffici, sita a Milano ed edificata nel 2007.

L’applicazione del calcolo dinamico orario nella diagnosi energetica dell'edificio

edificio soggetto a diagnosi energeticaAnalizzando la palazzina, contraddistinta da ampie superfici vetrate (in particolare la facciata sud ventilata), si sono evidenziate significative opportunità di ottimizzazione energetica (prestazioni invernali ed estive). La predetta diagnosi è stata così una proficua occasione per l’applicazione del calcolo dinamico orario, disciplinato dalla norma UNI EN ISO 52016, pubblicata nel marzo 2018 ed implementata nel software EC700.

Il calcolo dinamico orario consente infatti, rispetto al metodo mensile semi-stazionario, di valutare in maniera più precisa ed efficace il fabbisogno degli edifici, permettendo di tener conto del reale profilo di utilizzo dell’edificio così come dell’effettiva incidenza degli apporti.

Tale metodo risulta pertanto particolarmente efficace in caso di utenze non residenziali ed in presenza del servizio di raffrescamento.

La diagnosi energetica è stata condotta in conformità alla norma UNI CEI EN 16247, effettuando cioè tutti i passaggi da essa richiesti (rilievo in campo, analisi energetica dell’edificio, validazione del modello di calcolo, simulazione delle possibili opere di efficientamento, valutazione economica delle opere prospettate, elaborazione del rapporto finale).

Caratteristiche del fabbricato

Il fabbricato, costituito da sette piani fuori terra ed articolato in nove zone termiche (reception, salette ed uffici), si presenta così caratterizzato:

  • pareti verticali in laterizio (spessore 25 cm) coibentate con circa 6 cm di isolante (pannelli di lana di vetro);
  • pareti delle rampe scale, così come delle gabbie degli ascensori, realizzate in cemento armato (prive di isolamento termico);
  • solette intermedie (spessore 40 cm) con struttura “a predalles”, le quali presentano all’intradosso un controsoffitto (spessore di 35-40 cm), necessario per il passaggio delle canalizzazioni dell’aria, ed all’estradosso un pavimento galleggiante (spessore di circa 30 cm);
  • soletta di copertura di struttura analoga a quelle intermedie, coibentata superiormente con 6 cm di polistirene XPS;
  • pavimento del piano primo, disperdente verso il piano pilotis, coibentato con 6 cm di materiale fibroso;
  • facciate vetrate contraddistinte da vetri altamente selettivi ed aventi le seguenti caratteristiche:

caratteristiche delle componenti finestrate

Caratteristiche degli impianti

L’edificio è provvisto dei servizi di riscaldamento, raffrescamento, ventilazione ed illuminazione (sono inoltre presenti i servizi di trasporto ed acqua calda sanitaria, questi ultimi non oggetto di analisi in quanto non suscettibili di particolare efficientamento).
L’impianto per il riscaldamento ed il raffrescamento è del tipo ad aria primaria con travi fredde attive supportate da travi passive, oltre che, nei locali critici, da pannelli radianti.
L’unità di trattamento aria (realizzata con profili di alluminio estruso a taglio termico coibentati con 60 mm di lana di roccia) presenta le seguenti caratteristiche (da schede tecniche):

caratteristiche dell'unita di ventilazione

L’impianto ad aria primaria è caratterizzato da una portata circolante totale pari a circa 12000 m3/h, di cui circa un terzo, pari a 4000 m3/h, costituito da aria esterna di rinnovo. Il ricambio d’aria dei locali è dunque pari a circa 0,4 vol/h. La portata d’aria è mantenuta fondamentalmente costante per garantire il corretto funzionamento delle travi attive (portata d’aria motrice).
Il servizio di riscaldamento è assolto da due caldaie a condensazione, alimentate a gas metano, con potenza al focolare di 240 kW.
Il servizio di raffrescamento è invece assolto da un sistema alimentato ad energia elettrica, così composto: un refrigeratore aria/acqua (potenza frigorifera nominale di 558 kWel, EER nominale di 3,45) ed un condensatore remoto (portata d’aria di 157000 m3/h,) dotato di n° 10 ventilatori, aventi ciascuno assorbimento pari a 1000 W.

Illuminazione

Analizzando gli apparecchi illuminanti presenti, rilevati locale per locale, si è riscontrata la presenza di:

  • plafoniere fluorescenti con potenza unitaria di 75 W negli uffici;
  • faretti ad incasso con potenza di 50 W nei servizi;
  • lampade ad incasso con potenza di 50 W nei restanti ambienti (sbarchi degli ascensori, locali al piano terra destinati alla reception, salette contigue).

Al piano terzo, recentemente oggetto di riqualificazione, le esistenti plafoniere fluorescenti sono state sostituite con nuovi apparecchi a LED, ciascuno di potenza pari a 40 W.

Definizione dei profili orari

Per modellare energeticamente il fabbricato, in virtù dell’applicazione del calcolo dinamico orario, è stato necessario definire per ciascuna zona termica accurati profili orari, in merito alle temperature interne di set-point (invernali ed estive), agli apporti interni (dovuti a persone, apparecchiature ed illuminazione), all'utilizzo dei tendaggi ed alla ventilazione. Il calcolo orario ha consentito altresì di tener conto in maniera dettagliata, ora per ora, dell’influenza degli ombreggiamenti.

La definizione dei profili orari è risultata fondamentale stante la compresenza di zone termiche adibite ad usi differenti.
I profili di temperatura, definiti anche attraverso l’analisi dei report di stato dei termostati interni, sono così riassumibili:

tabella delle temperature interne dei locali

I locali inutilizzati sono stati considerati moderatamente riscaldati con una temperatura media di 19°C.

Per quanto riguarda invece gli apporti interni (persone, apparecchiature, illuminazione) ed i relativi fattori di occupazione ed utilizzo sono stati individuati alcuni “profili tipo” in funzione della destinazione d’uso del locale. In particolare sono stati differenziati i seguenti ambienti: uffici singoli, uffici open-space, sale riunioni, salette/locali break, zone distributive (corridoi, sbarchi degli ascensori), uffici vuoti/locali stampanti, servizi. I locali inutilizzati sono stati considerati come privi di apporti.
Il numero di occupanti è stato valutato considerando il numero di postazioni lavorative risultanti dagli elaborati grafici trasmessi dalla committenza e/o rilevati in corso di sopralluogo. Si è inoltre tenuto conto di eventuali ospiti. Il carico termico dovuto alle postazioni lavorative è stato analogamente valutato considerando il numero dei lavoratori presenti.
Riguardo alle apparecchiature (stampanti, macchinette caffè/break), queste ultime, così come i relativi carichi termici, sono state valutate sulla base di un rilievo di dettaglio.
Si è infine definito il profilo orario di attivazione dell’impianto di ventilazione, che rispecchia, in gran parte, quanto precedentemente definito in merito ai set-point dei locali ed all’attivazione delle travi:

tabella degli orari di accensione invernale

Principali risultati dei calcoli (stato di fatto)

L’edificio è stato modellato tenendo conto dei profili orari definiti, tra cui in particolare i profili di temperatura. Questi ultimi sono stati infatti determinanti nel definire correttamente i consumi. Si è così riscontrato come la temperatura interna invernale, mediamente superiore al valore standard di 20°C (con picchi di 23 / 24 °C ed, in taluni casi, per alcune ore, anche superiori), abbia determinato un incremento non trascurabile dei consumi, non solo nei mesi più freddi, ma anche ai margini della stagione di riscaldamento, oltreché l’accensione dell’impianto di raffrescamento anche nel periodo invernale. 
La mancata applicazione del profilo di temperatura reale, proprio nel metodo orario, avrebbe determinato un’evidente divergenza tra il modello di calcolo ed i consumi effettivi.
La temperatura interna estiva è invece risultata abbastanza stabile con la sola eccezione di alcuni locali, per i quali la contemporanea presenza di carichi interni ed apporti solari determina un particolare incremento della stessa, presumibilmente per la difficoltà da parte dell’impianto di mantenere la temperatura desiderata (temperatura di set-point). Tale condizione appare confermata anche dal modello di calcolo effettuato con il metodo orario.
Si riportano nel seguito i principali risultati del calcolo in termini di consumi di gas metano ed energia elettrica:

tabella dei risultati del calcolo in termini di consumi di gas metano ed energia elettrica

I rendimenti globali per il riscaldamento ed il raffrescamento, valutati rispetto all’energia primaria non rinnovabile, appaiono notevolmente migliorabili. Tali rendimenti sono rispettivamente pari all’81,4% per il riscaldamento ed al 49,7% per il raffrescamento.

Validazione del modello di calcolo

Prima di procedere alla valutazione delle possibili opere di efficientamento si è proceduto alla validazione del modello di calcolo, passaggio essenziale al fine di accertarne l’affidabilità. Fondamentale a tale scopo è stato il confronto con i dati di consumo. Sono stati infatti raccolti ed analizzati i dati di consumo resi disponibili ed inerenti alle ultime tre stagioni, dal 2015-16 al 2017-18.

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